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专利名称：测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种研究制冷剂管内流动沸腾换热机理的测试装置，特别是一种采用变频空调机组及电子膨胀阀实现全年气象条件下大范围内测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置，属于制冷与空调技术领域。
背景技术：
制冷工质在管内流动沸腾换热机理的研究属于最重要的基础研究之一，了解制冷剂在蒸发管内的流动沸腾换热特性，对指导蒸发器的优化设计非常重要。近年来，对R22替代工质如R407C、R410A等新型环保制冷剂的流动换热研究引起了广泛关注。
要研究制冷剂流动沸腾换热特性，需实现制冷剂在管内的流动沸腾，即制冷剂蒸发-冷凝-蒸发的过程。在此过程中保证制冷剂蒸发压力、流量等参数大范围内调节的方便性是很重要的。在已有技术中，普遍采用三回路方式。即整个系统分为三个液体回路制冷剂回路，热水回路和乙二醇-水溶液回路。其中制冷剂回路的动力源采用变速泵；热水回路为制冷剂的热源，使制冷剂蒸发；乙二醇回路为制冷剂的冷源，实现制冷剂的冷凝过程。这种用来测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置存在如下不足1)装置复杂。为了保证制冷剂蒸发和冷凝，除制冷剂回路外，系统需另外提供两个恒温流体回路，即恒温热水回路和恒温乙二醇-水溶液回路，需要多个高低温恒温箱，致使投资大、占地面积大；2)采用变速泵作为制冷剂回路的动力源，虽然可以调节制冷剂流量，但对调节蒸发压力非常有限。3)由于蒸发段热源为热水，因此只能实现0℃以上的空调工况，对于0℃以下的热泵工况则不能实现。4)由于系统庞大，操作控制复杂，故装置达到稳定运行状态时间较长，不利于实验工况的切换。

发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提出了采用变频空调机组和电子膨胀阀实现制冷剂管内流动沸腾换热测试工况的装置。主要包括室外机组，室内机组，室内机后置电加热器，截止阀，质量流量计，混合室，电子膨胀阀，预热器，视镜，实验段，实验段后置电加热器，其中室外机组包括变频压缩机，第一级油分离器，第二级油分离器，第三级油分离器，冷凝器，室外机内的电子膨胀阀，第一贮油器，第二贮油器，调节阀。
本装置中分为二个制冷剂回路。被冷凝的高压液态制冷剂在冷凝器出口处被分为两路，即主回路和旁通回路。
主回路经冷凝器冷凝的液态制冷剂经截止阀、制冷剂质量流量计、混合室、实验段电子膨胀阀、预热器、视镜、实验段、视镜、混合室、实验段后置电加热器后与旁通回路中的制冷剂混合后被压缩机吸回。
旁通回路从冷凝器出来的高压液态制冷剂经室外机电子膨胀阀、室内机、室内机后置电加热器后与主回路中的制冷剂汇合后流回压缩机；制冷剂回路的动力源由室外机组内的变频压缩机提供。对于蒸汽压缩制冷空调机组，压缩机排气中会不可避免地混入一定量的润滑油，为了不使这部分润滑油进入实验段造成对纯净制冷剂管内流动沸腾换热的影响，本发明在压缩机出口和冷凝器入口之间加装三个高效油分离器，三个油分离器通过串联方式连接，用来分离压缩机排气中携带的润滑油。同时，为了防止压缩机在缺油状态下运行，本装置将第一级油分离器和第二级油分离器分离出的润滑油并联后引入第一贮油器，第三级油分离器分离出的润滑油直接被引入第二贮油器，通过一根平衡管将第一贮油器和第二贮油器连通。两个贮油器上各引出一根回油管，均连接到压缩机回气管，靠高低压力差顺利实现自动回油，从而保证压缩机的正常运行。
本发明采用空调机组的室外机代替已有技术中的乙二醇-水溶液回路使制冷剂冷凝；以空调机组内的变频压缩机代替已有技术中的变速泵作为制冷剂回路的动力源；通过室内机与测试管段并联实现制冷剂的旁通，以灵活调节进入测试管段内制冷剂流量。通过调节与第二贮油器相连的回油管上的调节阀的开度，调节压缩机旁通气量及测试段压力，实现本装置在全年气象条件下不受室内外气温参数影响得到所需的实验工况，以便在大流量和宽蒸发压力范围内研究制冷剂在管内流动沸腾换热特性。该装置具有达到稳态时间短、占地面积小、投资少、操作灵活、控制简单的优点，从而能够提高实验效率。


图1为本发明测试装置结构原理图。
图2为室外机组内部结构示意图。图中，1为室外机组，2为室内机组，3为室内机后置电加热器，4为截止阀，5为质量流量计，6和13为混合室，7为电子膨胀阀，8为预热器，9和12为视镜，10为实验段，11为实验段后置电加热器。14为变频压缩机，15为第一级油分离器，16为第二级油分离器，17为第三级油分离器，18为冷凝器，19为室外机内的电子膨胀阀，20第一贮油器，21为第二贮油器，22和23为调节阀。
具体实施方法下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1、图2所示，本发明包括室外机组1，室内机组2，室内机后置电加热器3，截止阀4，质量流量计5，混合室6和13，电子膨胀阀7，预热器8，视镜9和12，实验段10，实验段后置电加热器11，变频压缩机14，第一级油分离器15，第二级油分离器16，第三级油分离器17，冷凝器18，室外机内的电子膨胀阀19，第一贮油器20，第二贮油器21，调节阀22和23。
由图1所示，室外机组1有一个制冷剂进口和两个制冷剂出口，其一个出口和制冷剂主回路中的截止阀4进口相连，截止阀4的出口与质量流量计5的进口相连，质量流量计5的出口与混合室6的进口相连，混合室6的出口与电子膨胀阀7的进口相连，电子膨胀阀7的出口通过预热器8、视镜9与实验段10进口相连，实验段10的出口通过视镜12和混合室13与实验段后置电加热器11的进口连接，实验段后置电加热器11的出口和室外机组1的进口相连接，以上构成制冷剂主回路。室外机组的另一个出口与室内机2的进口相连，室内机的出口连接于室内机后置电加热器3的进口，室内机后置电加热器3的出口与主回路中的实验段后置电加热器11的出口通过三通合并后与室外机组1的进口相连，从而形成制冷剂旁通回路。
图1中的质量流量计5用来测量进入测试段内的制冷剂的质量流量。电子膨胀阀7用来控制制冷剂的流量及蒸发压力。电预热器8用来调节进入测试段的制冷剂的干度。视镜9和12用来观测测试段进出口处的制冷剂流动型态。后置电加热器11用来将制冷剂完全气化。混合室6和13用来使制冷剂气液两相混合均匀，以准确测量制冷剂两相状态的压力和温度。
如图2所示，压缩机14的出口与第一级油分离器15的进口相连，第一级油分离器15的制冷剂出口与第二级油分离器16的进口相连，第一级油分离器15的润滑油出口与第二级油分离16的润滑油出口通过三通合并后接于第一贮油器20的进口，第二级油分离器16的制冷剂出口接入第三级油分离器17的进口，第三级油分离器17的制冷剂出口与冷凝器18的进口相连，冷凝器18的出口通过三通接头分流，一端与主回路中截止阀4的进口相连，另一端与室外机组1内的电子膨胀阀19的进口相连，电子膨胀阀19的出口与室内机组2的进口相连。第三级油分离器17的润滑油出口与第二贮油器21的进口相连，第一贮油器20的出口与调节阀22的进口相连，调节阀22的出口与压缩机14的进口相连，第二贮油器21的出口与调节阀23的进口相连，调节阀23的出口接于压缩机14的进口。
来自主回路和旁通回路的制冷剂被变频压缩机14吸入，经压缩后被引入第一级油分离器15，实现油气分离后，气体再次进入第二级油分离器16，实现油气分离后，气体再次进入第三级油分离器17，经过三级油气分离后的纯净制冷剂气体进入冷凝器18冷凝。经第一级和第二级油分离器分离出的润滑油合并后进入第一贮油器20，经第三级油分离器17分离出的润滑油进入第二贮油器21。第一和第二贮油器内的润滑油各通过一根回油管与压缩机吸气口相连。靠高低压差实现自动回油，保证压缩机正常运行。
本发明通过调节压缩机转速控制制冷剂总流量，调节室外机电子膨胀阀的开度控制旁通流量，并调节实验段电子膨胀阀的开度控制实验段流量，实现进入实验段内的制冷剂流量的大范围调节。通过调节压速机转速及实验段电子膨胀阀开度来控制实验段的制冷剂蒸发压力。通过调节与第二贮油器21相连的回油管上的调节阀23的开度，可调节压缩机旁通气量及测试段压力，从而实现了本装置在全年气象条件下不受室内外气温参数影响得到所需的实验工况，以便在大流量和宽蒸发压力范围内研究制冷剂在管内流动沸腾换热特性。
权利要求
1.一种测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置，包括室外机组(1)，室内机(2)，室内机后置电加热器(3)，截止阀(4)，质量流量计(5)，混合室(6)和(13)，电子膨胀阀(7)，预热器(8)，视镜(9)和(12)，实验段(10)，实验段后置电加热器(11)，其特征在于室外机组(1)有一个制冷剂进口和两个制冷剂出口，其中一个出口和制冷剂主回路中的截止阀(4)进口相连，截止阀(4)的出口与质量流量计(5)的进口相连，质量流量计(5)的出口与混合室(6)的进口相连，混合室(6)的出口与电子膨胀阀(7)的进口相连，电子膨胀阀(7)的出口通过预热器(8)、视镜(9)与实验段(10)进口相连，实验段(10)的出口通过视镜(12)和混合室(13)与实验段后置电加热器(11)的进口连接，实验段后置电加热器(11)的出口和室外机组(1)的进口相连接，以上构成制冷剂主回路，室外机组(1)的另一个出口与室内机(2)的进口相连，室内机(2)的出口连接于室内机后置电加热器(3)的进口，室内机后置电加热器(3)的出口与主回路中的实验段后置电加热器(11)的出口通过三通合并后与室外机组(1)的进口相连，从而形成制冷剂旁通回路。
2.根据权利要求1所述的测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置，其特征是室外机组(1)包括，变频压缩机(14)，第一级油分离器(15)，第二级油分离器(16)，第三级油分离器(17)，冷凝器(18)，室外机内的电子膨胀阀(19)，第一贮油器(20)，第二贮油器(21)，调节阀(22)和(23)，变频压缩机(14)的出口与第一级油分离器(15)的进口相连，第一级油分离器(15)的制冷剂出口与第二级油分离器(16)的进口相连，第一级油分离器(15)的润滑油出口与第二级油分离(16)的润滑油出口通过三通合并后接于第一贮油器(20)的进口，第二级油分离器(16)的制冷剂出口接入第三级油分离器(17)的进口，第三级油分离器(17)的制冷剂出口与冷凝器(18)的进口相连，冷凝器(18)的出口通过三通接头分流，一端与主回路中截止阀(4)的进口相连，另一端与室外机组(1)内的电子膨胀阀(19)的进口相连，电子膨胀阀(19)的出口与室内机组(2)的进口相连，第三级油分离器(17)的润滑油出口与第二贮油器(21)的进口相连，第一贮油器(20)的出口与调节阀(22)的进口相连，调节阀(22)的出口与压缩机(14)的进口相连，第二贮油器(21)的出口与调节阀(23)的进口相连，调节阀(23)的出口接于压缩机(14)的进口。
全文摘要
测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置，主要包括室外机组，室内机，电子膨胀阀，电加热器，截止阀，质量流量计，混合室，预热器，视镜，实验段。采用室外机使制冷剂冷凝；变频压缩机作为制冷剂回路的动力源；通过室内机与测试管段并联，旁通调节测试管段内制冷剂流量。通过调节与第二贮油器相连的回油管上的调节阀的开度，调节压缩机旁通气量及测试管段内压力，在不受全年室内外气象参数影响的条件下实现所需的实验工况，以便在大流量和宽蒸发压力范围内研究制冷剂在管内流动沸腾换热特性。该装置具有达到稳态时间短、占地面积小、投资少、操作灵活、控制简单的优点，从而能够提高实验效率。
文档编号G01M99/00GK1563965SQ20041001700
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月18日 优先权日2004年3月18日
发明者丁国良, 王凯建, 魏文建 申请人:上海交通大学